Изучены геотехнические свойства мерзлого реголита в полярных областях Луны
Специалисты Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН) изучили геотехнические и прочностные характеристики мерзлого лунного реголита с разным содержанием водяного льда на примере разработанного в ГЕОХИ РАН аналога лунного грунта VI-75. Ученые выяснили, что даже небольшое содержание водяного льда в грунте при низких температурах значительно изменяет его физические и механические свойства.
По оценкам ученых, в полярных областях Луны, где предполагается размещение Международной научной лунной станции и планируются основные миссии для изучения Луны, реголит может содержать до нескольких процентов воды и других летучих веществ в виде льда. Поэтому для проектирования грунтозаборных устройств и лунной инфраструктуры необходимо понимать, как ведет себя лунный грунт с содержанием замороженных летучих компонентов при низких температурах.
«Мы хорошо знаем физические свойства сухого лунного грунта и почти ничего не знаем о свойствах лунного грунта с содержанием льда в полярных областях Луны. Полученные экспериментальные данные необходимы для проектирования таких грунтозаборных устройств, как буровых установок и манипуляторов на посадочных аппаратах Луна-27 и луноходах, а также для проектирования перспективного лунного строительства», — прокомментировал один из авторов исследования, заведующий лабораторией геохимии Луны и планет ГЕОХИ РАН, кандидат геолого-минералогических наук Евгений Слюта.
Эксперименты показали, что даже небольшая доля водяного льда меняет характеристики реголита — в десятки раз увеличивает его прочностные характеристики, приближая грунт по своим свойствам к плотным горным породам. Так, угол внутреннего трения грунта-аналога VI-75 с влажностью 5 % при низких температурах увеличивается по сравнению с сухим грунтом с 27о до 67о, т.е. более чем в два раза, а удельное сцепление с 13,5 до 163,9 кПа, то есть более чем на порядок. При увеличении содержания льда до 10 % удельное сцепление в грунте возрастает еще в три раза — до 486,2 кПа. Грунт перестает быть рыхлым, становится плотным и значительно более устойчивым к внешним воздействиям.
Ученые также исследовали дополнительные физико-механические характеристики лунного грунта-аналога VI-75 — угол естественного откоса и коэффициенты постели, необходимые для моделирования и расчетов критических нагрузок при проектировании и размещении элементов инфраструктуры на лунной поверхности. Результаты показали, что при низкой плотности реголит обладает слабой несущей способностью, но при уплотнении показатели вырастают в несколько раз.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки России.